临床神经病学中的数字孪生:从概念到多发性硬化症临床应用

Digital Twins in Clinical Neurology: From Concept to Clinical Application in Multiple Sclerosis

作者信息Isabel Voigt, Hernan Inojosa, Judith Wenk, Iva Gasparovic-Curtini, Sergiu Groppa, Matthias Grothe, Marc Pawlitzki, Lars Masanneck, Sven Meuth, Stephen Gilbert, Tjalf Ziemssen
PMID42949247
发布时间2026-11
DOI10.1111/ene.70791

实验完整度

低

文献为叙述性综述,未提供原始实验方法或验证过程,仅综合现有建模与应用。

主要模型

多发性硬化症(MS)患者纵向多模态数据 数据驱动/统计机器学习模型 机制性ODE免疫模型 基于代理的虚拟患者与状态转移模型

重点核对

文献类型:叙述性综述,检索PubMed/MEDLINE及Google Scholar等,检索时间2026年3月和7月 纳入标准:英文和德文出版物,不限制研究设计或发表时间 建模范式分类:数据驱动/统计ML、机制性ODE免疫模型、机制性ODE中枢神经损伤模型、基于代理的免疫/机制模型、基于代理的残疾进展模拟器、Markov/状态转移模型 验证状态:多数模型仅回顾性重现人群水平试验结果,缺乏前瞻性个体水平验证

摘要

引言 患者数字孪生(DT)正成为个性化和预测性医疗保健的一种有前景的范式。在神经病学中,尤其是多发性硬化症(MS)中,纵向多模态数据的可用性为开发患者特异性数字模型(包括基于模拟和机制的方法)提供了坚实基础。然而,目前尚不清楚当前方法在多大程度上代表了集成、临床嵌入的DT系统。方法 我们进行了一项叙述性综述,以综合神经病学中DT的当前概念、建模方法和转化挑战,并以MS作为说明性用例。现有方法被映射到核心DT组件,包括数据集成、预测建模、动态更新和临床整合。结果 MS中当前的DT相关方法在互补的发展轨道上展示了实质性进展,包括多模态数据集成、预测建模、数字生物标志物、机制模拟、虚拟患者框架和计算机试验。这些能力代表了DT开发的重要构建模块,但尚未完全整合到持续运行的临床系统中。核心DT功能,包括连续双向数据交换、实时模型更新和与临床工作流的闭环交互,仍然有限。关键挑战包括数据碎片化、互操作性有限、缺乏标准化验证以及监管、伦理和经济约束。结论 MS是DT开发高度合适的模型领域。未来的进展将取决于进一步成熟和验证个体建模和数据集成能力,以及将它们整合到持续更新、临床嵌入的系统中。稳健的验证、可扩展的基础设施和适当的治理框架对于在实践中建立安全、有效和临床可操作的用途至关重要。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
当前神经病学中数字孪生方法在多大程度上代表了集成、临床嵌入的DT系统,并以多发性硬化症为用例进行探讨。
核心机制
患者DT需具备多维患者特异性数据表示、基于新数据的迭代或连续更新、预测或监测功能以及支持临床决策的能力;当前MS建模方法在数据集成、预测建模和模拟方面有进展,但连续双向数据交换、实时更新和闭环临床交互仍缺失。
主要证据
通过对MS相关建模文献的叙述性综述,映射到DT核心组件,发现数据驱动模型、机制模型、虚拟患者和计算机试验等构成DT的构建模块,但多数系统仅达到数字阴影或静态模型阶段,缺乏前瞻性个体水平验证和临床整合。
研究意义
MS是研究DT概念向临床实践转化的合适模型领域;未来需成熟和验证个体建模与数据集成能力,并整合到持续更新、临床嵌入的系统中,以实现预测性、个性化、预防性和参与性医疗。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

文献检索与筛选

系统识别神经病学和MS中DT相关概念、建模方法和转化挑战的文献。

在PubMed/MEDLINE进行文献检索,辅以Google Scholar和组织报告等定向在线检索;应用两种互补检索策略,分别针对医疗保健中DT的一般概念和神经病学尤其是MS中的应用;另进行针对机制和模拟建模文献的定向检索。

2

概念框架映射

将现有DT相关方法映射到核心DT组件,评估其成熟度和临床整合程度。

基于文献综合DT核心组件(数据集成、预测建模、动态更新、临床整合),将MS中的建模和监测方法分类为数据驱动、机制、混合等范式,并对照DT成熟度连续体(通用模型、患者特异性模型、数字阴影、完全实现的DT)进行评估。

3

建模范式比较分析

比较不同MS建模范式在机制表示、尺度、参数化、纵向更新、验证和临床决策支持准备度方面的差异。

对数据驱动/统计ML、机制性ODE免疫模型、机制性ODE中枢神经损伤模型、基于代理的免疫/机制模型、基于代理的残疾进展模拟器、Markov/状态转移模型等范式进行结构化比较,分析其验证和不确定性量化情况。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
ChatGPT 5.4OpenAI--
NotebookLMGoogle--
ChatGPT 5.4OpenAI--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
文献检索
检索策略(Data S1-S3)、检索时间(2026年3月、7月)、数据库(PubMed/MEDLINE、Google Scholar)
阅读提示:Methods小节及Supporting Information Data S1-S3
建模范式分类
分类标准:数据驱动、机制性ODE、基于代理、Markov/状态转移等;代表性研究选择
阅读提示:Results 3.4小节及Table 2、Table 3
DT成熟度评估
成熟度连续体阶段定义(通用模型、患者特异性模型、数字阴影、完全实现的DT)
阅读提示:Results 3.1小节及Figure 1